(57)【要約】【課題】  ナノ構造体をガラス基板などの非晶質基板にも形成可能な構造体の製造方法を提供する。【解決手段】  基板１上に、下部電極２、絶縁層３、パタ−ンを有する不連続な金属膜からなる中間電極４、圧電膜５、上部電極６を順次積層して構成した構造体形成用基板を用いて、下部電極２と上部電極６からなる電界印加手段により圧電膜に電界を印加し、圧電膜に電界を印加することにより発生する歪みによる応力分布に対応させてナノ構造体７を形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に形成されたパタ−ンを有する金属膜と、該金属膜上に形成された圧電膜とを有し、前記圧電膜に電界を印加することにより発生する歪みによる応力分布に対応させて構造体を形成することを特徴とする構造体形成用基板。
【請求項２】
基板と、該基板上に形成されたパタ−ンを有する金属膜と、該金属膜上に形成された圧電膜と、該圧電膜に電界を印加する電界印加手段とを有し、圧電膜に電界を印加することにより発生する歪みによる応力分布に対応させて構造体を形成することを特徴とする構造体形成用基板。
【請求項３】
前記電界印加手段が基板上に設けられた一対の電極からなり、該電極間に金属膜と圧電膜とが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の構造体形成用基板。
【請求項４】
基板と、該基板上に形成されたパタ−ンを有する金属膜と、該金属膜上に形成された圧電膜とを有する構造体形成用基板に電界を印加する工程、前記圧電膜に電界を印加することにより発生する歪みによる応力分布に対応させて金属または半導体を蒸着して構造体を形成する工程を有することを特徴とする構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は構造体形成用基板および構造体の製造方法に関し、特に高密度磁気記録媒体、大面積フラットパネルディスプレイ、量子効果デバイス、ホトニクスデバイス、太陽電池、触媒材料等の実現に必要なナノ構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ナノ構造体の製造方法として、ナノ周期の応力分布を基板上に形成して、その上に所望の材料を成膜することが知られている（非特許文献１参照）。
上記非特許文献１に記載されている方法によれば、単結晶基板（サファイア）上に格子定数の異なる金属膜（白金）を数原子層成膜する。その結果、格子定数差に応じて金属膜内部に転位のネットワークが形成される（図５（ａ）及び（ｂ））。転位の周りには応力が付随しており、転位ネットワークからの応力分布は図５（ｃ）のように２次元周期構造をとる。この上に他の金属（コバルト）を成膜すると、付着原子は引っ張り応力が最大の部分に表面拡散によって引き寄せられ、そこに核が形成される。このようにして２次元ナノ構造体が作成される。
【非特許文献１】Ｒ．Ｆ．Ｓａｂｉｒｙａｎｏｖ，  Ｍ．Ｉ．Ｌａｒｓｓｏｎ，  Ｋ．Ｊ．Ｃｈｏ，  Ｗ．Ｄ．Ｎｉｘ，ａｎｄ  Ｂ．Ｍ．Ｃｌｅｍｅｎｓ，”Ｓｕｒｆａｃｅ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ａｎｄ  ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｏｎ  ｓｔｒａｉｎｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅｓ”，  ＰＨＹＳＩＣＡＬ  ＲＥＶＩＥＷ  Ｂ６７，１２５４１２（２００３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
基板とその上に成膜される膜との格子不整による転位を利用する方法では、基板は単結晶であることが必要とされる。大面積を要するデバイス（例えば高密度磁気記録媒体や大面積フラットパネルディスプレイ）に対しては、基板としてガラスなどの非晶質材料を用いるため、上記方法を非晶質基板に適用しナノ構造体を形成することは困難である。
【０００４】
本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、基板の種類に関わりなく基板上に２次元的な応力分布を発生させることが可能な構造体形成用基板を提供するものである。
【０００５】
また、本発明は、従来、単結晶基板に限られていたナノ構造体をガラス基板などの非晶質基板にも形成可能で、高密度磁気記録媒体や大面積フラットパネルディスプレイなどへの応用が可能な構造体の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明は、基板と、該基板上に形成されたパタ−ンを有する金属膜と、該金属膜上に形成された圧電膜とを有し、前記圧電膜に電界を印加することにより発生する歪みによる応力分布に対応させて構造体を形成することを特徴とする構造体形成用基板である。
【０００７】
また、本発明は、基板と、該基板上に形成されたパタ−ンを有する金属膜と、該金属膜上に形成された圧電膜と、該圧電膜に電界を印加する電界印加手段とを有し、圧電膜に電界を印加することにより発生する歪みによる応力分布に対応させて構造体を形成することを特徴とする構造体形成用基板である。
【０００８】
前記電界印加手段が基板上に設けられた一対の電極からなり、該電極間に金属膜と圧電膜とが設けられていることを特徴とする。
さらに、本発明は、基板と、該基板上に形成されたパタ−ンを有する金属膜と、該金属膜上に形成された圧電膜とを有する構造体形成用基板に電界を印加する工程、前記圧電膜に電界を印加することにより発生する歪みによる応力分布に対応させて金属または半導体を蒸着して構造体を形成する工程を有することを特徴とする構造体の製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板の種類に関わりなく基板上に２次元的な応力分布を発生させることが可能な構造体形成用基板を提供できる。
また、本発明は、従来、単結晶基板に限られていたナノ構造体をガラス基板などの非晶質基板にも形成可能で、高密度磁気記録媒体や大面積フラットパネルディスプレイなどへの応用が可能な構造体の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、基板と、その上に形成されたパタ−ンを有する不連続な金属膜、その上に形成された圧電膜、および電界印加手段からなり、圧電膜に２次元的な分布を有する電界を印加して歪みを発生させ、それによる応力分布に対応させて構造体を形成することを特徴とする。
【００１１】
図１は、本発明の構造体形成用基板の一実施態様を示す概略図である。図１において、本発明の構造体形成用基板は、基板１上に、下部電極２、絶縁層３、パタ−ンを有する不連続な金属膜からなる中間電極４、圧電膜５、上部電極６を順次積層して構成され、下部電極２と上部電極６からなる電界印加手段により圧電膜７に電界を印加し、圧電膜に電界を印加することにより発生する歪みによる応力分布に対応させてナノ構造体７を形成する。
【００１２】
本発明において、構造体とは、ナノ構造体、ナノ磁性体、ナノ発光素子、ナノ触媒材料等が挙げられる。
本発明は圧電膜と、それに印加される電界によって２次元的な応力分布を形成することを特徴とするもので、以下その説明を行う。
【００１３】
図２を用いて本発明の構造体形成用基板の構成並びに動作原理を説明する。
図２（ｂ）において、基板１上に下部電極２並びに絶縁膜３を形成する。次に，パタ−ンを有する不連続な金属膜からなる中間電極４を基板上の一部分に成膜する。その上に圧電膜５および上部電極６を基板全面に順次形成する。
【００１４】
次に、上部電極６と下部電極２との間に電圧Ｖを印加する。圧電膜に電界が印加されるが、中間電極４は電気的に浮遊しており、かつ導体のため内部の電界をスクリーニングするように中間電極の上下に正負の電荷をそれぞれ誘起させる。上下に誘起された電荷は中間電極内部に反対方向の電界を発生させ外部電界とキャンセルし、中間電極内部の電界は零となる。その結果、中間電極の上部にある圧電膜と中間電極の無い圧電膜には実効的に異なった電界が印加されることになり、それぞれ異なった歪み分布が形成される。歪み分布から応力分布が発生し、それが上部電極に転写される。従って、上部電極には図２（ａ）に示すような応力分布が形成される。
【００１５】
この状態を保ったまま所望の構造体材料の金属や半導体の膜を形成すると、応力の最大または最小の部分に核が形成され、２次元的なパターンを有する金属や半導体の膜からなる構造体を製造することができる。
【実施例】
【００１６】
以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する
実施例１
図１に基づいて本発明の実施例１について説明する。
【００１７】
基板として、ガラス板、表面を非晶質膜で被覆した金属板、またはＳｉ、ＧａＡｓ、サファイア等の単結晶ウエハなど、結晶性や導電性の有無に関わりなく任意の材料を選択することができる。
【００１８】
以下、各種の薄膜を順次成膜するがその方法は膜の種類に応じて気相成長（蒸着、スパッタ、化学気相成長等）、液相成長（電界めっき、無電界めっき、液相エピタキシャル成長法等）やゾルゲル法を選ぶことが可能である。
【００１９】
まず、基板１上に電界を印加するための下部電極２を成膜する。金属膜としてＴｉを下引き接着層とした白金膜を用いることができる。下部電極の厚さは特に制限はないが、典型的には１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度が好ましい。この上に絶縁膜３を成膜する。絶縁膜としてＳｉＯ2 膜を用いることができる。膜厚は典型的には１０〜１００ｎｍである。
【００２０】
次に、中間電極４として、金属膜を平均膜厚が数原子層程度（膜厚として１ｎｍ程度）になるように成膜する。金属としてＡｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｕ等の貴金属膜や遷移金属膜等を選択することができる。上記金属膜を１ｎｍ程度成膜すると島状になることが知られている。島状金属膜４ａは、図３に示すように島中心間距離Ｌの平均が１０ｎｍ程度となる。
【００２１】
この中間電極の上に圧電膜５を成膜する。圧電膜としてＰＺＴ膜（ＰｂＺｒＴｉＯ3 ）を用いて、膜厚として１０〜１００ｎｍ程度成膜する。
最後に下部電極との間に電界を印加するための上部電極６を成膜して構造体形成用基板を作製する。材料としてＰｔを用いて、圧電膜の歪みを膜上部に十分転写できるように膜厚を５〜１０ｎｍと比較的薄くする。
【００２２】
上記の構成からなる構造体形成用基板を成膜装置にセットする。成膜装置として真空蒸着装置を用いる。基板ホルダーに上記構造体形成用基板を装着し、十分な真空度（１×１０-7Ｐａ以下）に達した後、上下電極間に電圧を印加する。その結果、図１に示すように圧電膜から上部電極に歪みが転写され、上部電極の表面には応力場が形成される。応力場は中間電極４の島状パターンを反映して平均周期１０ｎｍ程度の２次元構造をとる。
【００２３】
この基板上に抵抗加熱や電子ビーム加熱等の方法で金属や半導体材料を蒸着する。基板に到達した蒸発原子は上部電極上を表面拡散し、応力の最大または最小の位置に核生成する。このようにして２次元的な周期構造を有するナノ構造体７が形成される。
【００２４】
実施例２
本実施例２は、スパッタ等の成膜時に発生するセルフバイアスによる電界を用いたナノ構造体の製造方法に関するものである。
【００２５】
図４は、本発明の実施例２の構造体の製造方法を示す概略図である。基板１上に中間電極４および圧電膜５のみが形成されている。中間電極は、実施例１と同様１０ｎｍ程度の周期を持った島状金属膜である。この基板をスパッタ装置にセットし、アルゴンガス等のスパッタガスを用いて金属や半導体材料を成膜する。
【００２６】
図４に示すように、直流スパッタまたは高周波スパッタ成膜時に基板表面は大きな電界に晒される。実施例１と同様に中間電極は電気的に浮遊しているため、その内部への電界の侵入を防ぐために、その上下に正負の電荷が誘起される。従って、中間電極の直上にある圧電膜と隙間上の圧電膜に印加される電界強度に差が生じ、実施例１と同様に圧電膜表面に応力場分布が形成される。その結果スパッタ原子は圧電膜上を表面拡散し応力の最大または最小の位置に核生成する。このようにして２次元的な周期構造を有するナノ構造体７が形成される。
【００２７】
ナノ構造体７が金属である場合には、更に外部電界の遮蔽効果が高まり、圧電膜に対する電界分布の強弱が強調され、応力分布のコントラストが強まるという正のフィードバックがかかることになる。結果として明確な界面を有するナノ構造体が形成されることになる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の構造体形成用基板を用いた構造体の製造方法は、従来、単結晶基板に限られていたナノ構造体をガラス基板などの非晶質基板にも形成可能で、高密度磁気記録媒体や大面積フラットパネルディスプレイなどへの利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の構造体形成用基板の一実施態様を示す概略図である。
【図２】本発明の構造体形成用基板の構成並びに動作原理を説明する図である。
【図３】島状金属膜を示す模式図である。
【図４】本発明の実施例２の構造体の製造方法を示す概略図である。
【図５】従来の構造体を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  基板
２  下部電極
３  絶縁層
４  中間電極（金属膜）
４ａ  島状金属膜
５  圧電膜
６  上部電極
７  ナノ構造体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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